JP4890482B2 - 直噴型内燃エンジンの燃料ポンプ振動伝播減衰方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は直接燃料噴射型内燃エンジンにおける、燃料ポンプの燃料圧力脈動に起因する振動の伝播減衰方法及び装置に関するものである。

上記の直噴内燃エンジンは種々の理由によりその応用が増大してきている。特に燃料を直接燃焼室に噴射することは、高い燃料効率と内燃エンジンの効率的運転をもたらす。直噴内燃エンジンにおいて、シリンダヘッドを有するエンジンブロック内に通路が形成され、通路は各燃焼室に連通している。

直接燃料噴射器がこの通路内において各エンジン燃焼室に対して設けられ、各燃料噴射器の燃料噴射口は対応する燃焼室に連通している各燃料噴射器はまた取入口を持ち、取入口は燃料レールに接続されており、燃料レールは一般的には燃料ポンプへの燃料パイプから構成されている。燃料ポンプは燃料レール内で高圧を発生し、この高圧は次に各燃料噴射器に流体的に接続されている。このように各燃料噴射器の駆動開始にしたがい燃料噴射器は燃料をエンジン燃焼室に直接的に噴射する。

これらの既存の直噴内燃エンジンの欠点のひとつは、燃料ポンプが一般的にはカム駆動され燃料の圧力脈動を燃料レールに生み出すことである。この圧力脈動の周波数はエンジン回転数に従って変動する。この燃料ポンプの圧力脈動は好ましくない振動を生じ、これは噴射器からエンジンブロックに伝わって可聴域の不快な騒音と振動を生み出し、部品の疲労リスクをもたらす。

本発明は、既存の直噴内燃エンジンの可聴騒音と振動を吸収し減衰する方法と装置を提供する。

本発明の一形態では、燃料噴射器はシリンダヘッドを有するエンジンブロック内の各燃焼室と対応する。各燃料噴射器は細長く形成され、燃料噴射器本体の一端に燃料取入口をもち、他端に燃料噴射口を有するノズルチップを備える。

燃料レールには噴射器カップが設けられ、同様に燃料ポンプと流体的に接続している。各噴射器カップは燃料レールに連通する解放空間を持ち、噴射器カップ寸法は燃料噴射器本体の一部を収容するように形成されている。燃料噴射器の被収容部分は噴射器カップとＯリング等で流体的にシールされている。

噴射器ホルダアセンブリは、燃料噴射器が燃料レールから吊り下げられるように燃料噴射器を噴射器カップに固定する。同時に燃料噴射器先端のノズルチップは燃焼室に連通するエンジンブロック通路内に位置決めされる。噴射器ホルダアセンブリはノズルチップをエンジンブロックの通路から間隔を置いて保持し、燃料噴射器とエンジンブロックの金属間接触を防止している。ノズルチップはエンジンブロック通路に非金属材料シールにより流体的にシールされる。

噴射器ホルダアセンブリは、対応する燃料噴射器をエンジンブロックとの金属間接触を防ぐように燃料レールに保持するため、燃料噴射器に伝播して振動を発生する燃料の圧力脈動は、噴射器ノズルチップとエンジンブロック間のシールにより効果的に分離され減少する。

本発明の変形例において、燃料噴射器は噴射器カップに対し少し揺動または回動可能に装着されている。燃料噴射器のテーパー面は燃料噴射器と装着クリップの間に発生する応力を減少させる。

本発明の他の形態では、燃料噴射器の取入口は燃料噴射器本体から外側へ半径方向に延び、噴射器カップ内においてカップ端部から一定の内側位置にまで延びている。一対の環状シールが燃料噴射器本体と噴射器カップの間に設けられ、前記一対のシールは噴射器取入口に対し環状流体室を形成している。この環状流体室は同じく燃料レールと流体的に接続されている。

従って、燃料レールの動作中、燃料レール内の高圧は同時に両Ｏリングに力を及ぼし、これらはほぼ等しく方向が反対である。これにより燃料噴射器の噴射器ノズルチップ方向へ生じる筈の圧力は回避され、軸方向の圧力による振動もまた回避される。

本発明のさらに他の形態では、直径の拡大したリザーバが流体的に直列に燃料ポンプと燃料噴射器の間に設けられる。一つの実施例では燃料パイプは燃料ポンプに１個または複数個の燃料レールとして流体的に接続される。ついでリザーバが流体的に直列に燃料パイプ中において燃料レールのすぐ上流に設けられる。実施時にはリザーバは燃料ポンプからの振動を燃料レールに達する以前に吸収減衰させる。

本発明の他の形態では、リザーバは燃料レールと各燃料噴射器の間に設けられ、リザーバは燃料ポンプからの燃料圧力の脈動を吸収減衰させるために働く。

本発明のさらに他の形態では，小径オリフィスが燃料レールと各燃料噴射器の間に設けられる。これら小径のオリフィスは圧力脈動を吸収減衰させ、燃料ポンプから燃料噴射器への振動の伝達を吸収減衰させる。

本発明は燃料ポンプによる燃料の圧力脈動に起因する好ましくない振動を、燃料噴射器の燃料レールとエンジンブロック間における装着構造を改良し、または燃料供給系の適当箇所にダンピング手段を設置して減衰し吸収することにより、噴射器からエンジンブロックに伝わる可聴域の不快な騒音および振動を有効に防止又は減衰するという効果を有する。

燃料レールから燃料噴射器を吊り下げるように噴射器カップに固定する噴射器ホルダアセンブリと、燃料噴射器先端を燃焼室に連通するエンジンブロック通路内に位置決めする基本構成につき説明する。

図１に関し、本発明の一実施例である、直噴内燃エンジン２２に用いられる噴射器ホルダアセンブリ２０を持つ燃料供給システムが図示されている。エンジン２２はシリンダヘッドを有するエンジンブロック２４を持ち、エンジンブロック２４は少なくとも一つないし複数の内部燃焼室２６を有する。

スパークプラグ２３は燃焼室２６内で燃料の燃焼を開始し、エンジンブロック２４内のシリンダ２７に往復動可能に装着されたピストン２５を駆動する。燃料の燃焼による燃焼生成物は排気マニフォールドから排出される。

直接噴射型の燃料噴射器２８は各燃焼室２６と関係している。各燃料噴射器２８はさらにエンジンブロック２４に形成された通路３０の一部に装着され、燃焼室２６に開口している。各々の燃料噴射器２８は各々の燃焼室２６に関係している。

燃料噴射器２８は、以降に詳細に説明されるように高圧燃料レール３２に流体的に接続されている。燃料レール３２は次いで燃料パイプ３４を介して燃料ポンプ３６に流体的に接続されている。

高圧燃料ポンプ３６は一般にはエンジンにより回転するカム３８を有するカムポンプからなる。従って燃料ポンプ３６の運転は、燃料圧力の脈動が減衰しなければ脈動を燃料パイプ３４、レール３２および燃料噴射器２８に与える。

図２において、一つの直接噴射型の燃料噴射器２８が詳細に図示されている。燃料噴射器２８は細長く形成され燃料噴射器本体４０を含む。燃料噴射器本体４０は同心状の円筒部材４１と４３を有し、燃料噴射器のノズルチップ４２と一直線上に配列される。流体通路４４は燃料噴射器２８を通して形成され、燃料噴射器２８の燃料取入口４６は燃料噴射器本体４０に形成されている。一方でノズルチップ４２の開口端部に燃料噴射口４８が形成されている。選択的な作動即ち燃料噴射器２８の開閉のために図示しない従来の技術が用いられ、燃料噴射器２８の作動時に燃料は燃料噴射器２８の燃料噴射口４８から関連する燃焼室２６に噴射される。

噴射器ホルダアセンブリ２０は、燃料噴射器２８を装着するために噴射器カップ５０を有し、噴射器カップ５０は内部空間５２をもつハウジングを有し、その一端５４が開口している。内部空間５２の他端は前記燃料レール３２に燃料ポート５６を介して流体的に接続している。

噴射器カップ５０の内部空間５２は、寸法的に燃料噴射器本体４０の一部を、内部空間５２の開口部５４を介して摺動自在に保持する。Ｏリングまたは他のシール５８が燃料噴射器本体４０の外周と空間５２の内側を流体的にシールし、これにより燃料取入口室６０を形成する。噴射器取入口４６と燃料ポート５６は、燃料レール３２と噴射器カップ５０の間で燃料取入口室６０に開口している。

図２〜４において、実際に燃料噴射器２８を噴射器カップ５０に装着するために、噴射器カップ５０は少なくとも二つ、好ましくは三つの外側へ伸びたタブ６２を一定の間隔で噴射器カップ５０外周に設けている。クリップホルダ６６は複数の開口部６８をもち開口部寸法は噴射器カップ５０のタブ６２を収納できるように形成されている。クリップホルダ６６はさらに金属等の硬い物質で構成され、タブ６２がクリップ６６の開口部６８に係合したときに強固に噴射器カップ５０に固定される。

図４に明らかなように、噴射器ホルダアセンブリはさらにクリッププレート７０を持つ。クリッププレート７０は一般に平板構造で複数の外側に延びる突起７２をもち、突起７２は外周に一定間隔で設けられる。突起７２はさらに寸法がクリップホルダ６６の開口部６８に収容されるようになっており、突起７２はまた平らに噴射器カップ５０のタブ６２に突き当てられる。

クリッププレート７０は金属等の硬い物質からなり、燃料噴射器２８の燃料噴射器本体４０の一部の外周に係合する切り欠き７４をもつ。クリッププレート７０は燃料噴射器２８外周に位置決めされることにより燃料噴射器本体４０の突き当て面７６に突き当てられる。

従って、動作時にクリップホルダ６６はクリッププレート７０を噴射器カップ５０に固定し、噴射器カップ５０は、次に燃料レール３２に圧入嵌め等の従来技術で固定される。クリッププレート７０は燃料噴射器２８の突き当て面７６を支持する。このように噴射器ホルダアセンブリ２０は噴射器カップ５０とともに燃料噴射器２８を燃料レール３２から吊り下げる。

図２に戻ると、噴射器ホルダアセンブリ２０の噴射器カップ５０および燃料噴射器２８の寸法は、燃料噴射器２８の一部が噴射器カップ５０内に固定され、燃料噴射器２８のノズルチップ４２がエンジンブロックの噴射器通路３０内にエンジンブロック２２と接触せずに間隔を持って位置決めされるように形成される。これにより燃料噴射器２８とブロック２４の直接接触を回避している。燃料噴射器２８とエンジンブロック２４は従来どおり金属製であり、燃料噴射器２８と燃料噴射器通路３０の間隔は両者の直接の金属接触を回避する。

ノズルチップ４２を燃料噴射器通路３０に対しシールするために、ノズルチップシール７８が燃料ノズルチップ４２の周囲に設けられる。ノズルチップシール７８は燃料ノズルチップ４２と通路３０の間に延び両者をシールする。ノズルチップシール７８は例えばフッ素樹脂等の非金属材料からなる。ノズルチップシール７８は図示するよりもっと軸方向に長くてもよく２，３個のノズルチップシール７８が各燃料噴射器２０毎に設けられても良い。

以上の様に作動時時には燃料噴射器２８とエンジンブロック２４の金属接触が避けられるため、燃料噴射器２８からエンジンブロック２４への振動や脈動の伝達が同様に回避される。

図５において、燃料噴射器２８の変形例が図示されている。これは実質的には図３の燃料噴射器２８と同様であるが、燃料噴射器突き当て面７６‘すなわち内側に傾斜面を持つクリッププレート７０’で支持される面が上方に、ノズル２８の取入口端４６に向かって上方テーパ面または湾曲面を形成しており、面７６’に対向する環状表面７７もまた下方テーパ面を形成している。

図６に示すように、燃料噴射器２８のテーパ面７６‘、７７は燃料噴射器２８を若干揺動または回動可能とし、燃料噴射器２８に発生する応力を最小化または減少する。すなわち、燃料噴射器２８とクリッププレート７０の間の接触点で、ノズル２８の直径方向の反対側に各々位置する接触点間の距離を最小化し減少する。

図７において、本発明のさらに他の実施例が図示されている。ここで燃料噴射器２８への噴射器取入口４６は半径方向に噴射器カップ５０内に収納される燃料噴射器本体４０から外側に延びている。そのため噴射器取入口４６は、複数の円周方向に離隔した取入口を持っても良く、燃料噴射器２８の上端部６０から隔たっている。

軸方向に離隔した一対のシール又はＯリング８０が燃料噴射器２８の燃料噴射器本体４０の周囲に設けられている。Ｏリング８０は環状の燃料取入室８２を形成し、これは噴射器取入口４６に連通している。加えて、燃料レール３２はこの環状燃料取入口８２に、通路８４を介して流体的に接続している。燃料通路８４は噴射器カップ５０内に設けてもよく、噴射器カップ５０と別に設けても良い。

作動時に、高圧の燃料が燃料レール３２から通路８４を通じて流れ、環状燃料取入室８２に流入する。燃料は環状燃料取入室８２から噴射器取入口４６を通り、最終的にノズルチップ４２の燃料噴射口４８へ従来の方法で流れる。
燃料レールからの燃料流れに含まれるどのような圧力脈動であっても、両方のＯリングに等しく作用し、燃料噴射器２８の長手方向に作用する等しい大きさで反対方向の力を生じる。これは、また燃料噴射器２８に働く下方への力を最小化し、クリッププレート７０への応力を最小化し、同様にエンジンブロック２４に作用する振動を最小化する。

図８において、燃料ポンプ圧力脈動のエンジンブロックへの伝播を減少させるためのさらに別の方式と装置が示される。ここで燃料ポンプ３５は燃料パイプ３４を介して一つまたはそれ以上の燃料レール３２に接続されている。燃料ポンプ脈動の燃料レール３２および燃料噴射器２８への伝播を減少させるために、燃料リザーバ９０が流体的に直列に燃料パイプ３４に対して設けられ、好ましくは各燃料レール３２のすぐ上流に設けられる。燃料リザーバ９０は燃料パイプ３４と燃料レールの流体接続手段を形成しても良い。

燃料リザーバ９０は剛構造をもち、その内径は好ましくは燃料ポンプ内径ｄに対し１．２ｄ乃至１．５ｄと太く形成される。実際に、燃料リザーバの前記寸法は単純だが効果的に燃料レール３２に運ばれた燃料ポンプ振動を吸収し減少させる。

燃料リザーバ９０は図８では断面が円筒形に表されているが、そのような円筒形は所望の燃料ポンプ脈動の減衰に必須ではない。むしろ、図１１に示すただの丸いまたはテーパ形のバルジ９１でリザーバ９０を形成でき、これは適切に振動を減衰させるのに足りる。

図９において、さらに本発明の変形例が示される。ここで燃料リザーバ９２は燃料ポンプ３６と燃料噴射器２８の間に直列に位置決めされる。図８の燃料リザーバと異なり、図９の燃料リザーバ９２は燃料レール３２と各燃料噴射器２８の取入口４６の間に流体的に直列に設けられる。

リザーバ９２はまた剛構造を持ち、好ましくは円筒形をもつ。さらにリザーバ９２の内径はリザーバ９２の開口部９４の径ｄに対し１．２乃至１．５ｄの範囲が好ましい。

図１０において、さらに他の本発明実施例が示され、燃料ポンプによる燃料の脈動が燃料レール３２からエンジンブロック２４に伝播するのを減衰させる。図１０において、狭いオリフィス９６が燃料レールを燃料噴射器２８を収容する噴射器カップ５０に流体的に接続する。この狭いオリフィス９６は、好ましくは燃料噴射器取入口の大きさの０．５倍であり、効果的に燃料ポンプ圧力脈動およびこれによりもたらされる振動のエンジンブロックへの伝播を減衰する。

以上の説明から、本発明は、内燃エンジンにおける燃料ポンプからエンジンブロックへの脈動と振動の伝播を効果的に減少させ減衰させる方法と装置であることはあきらかである。

本発明を説明したが、しかしそれらはクレーム範囲に規定した本発明の精神から逸脱することなく多くの変形例が当業者に明らかである。

本発明の実施例をしめす部分的模式図である。 本発明の実施例を示す部分断面図である。 クリップホルダの斜視図である。 クリッププレートの斜視図である。 図２と類似する変形例を示す部分断面図である。 図２と類似する回動位置にある燃料噴射器を示す部分断面図である。 図２と類似する変形例を示す部分断面図である。 本発明の他の形態を示す模式図である。 さらに他の形態を示す模式図である。 さらに他の形態を示す模式図である。 図８と類似する変形例を示す模式図である。

符号の説明

２０：噴射器ホルダアセンブリ
２２：直噴内燃エンジン
２４：エンジンブロック
２６：燃焼室
２８：燃料噴射器
３０：通路
３２：燃料レール
３４：燃料パイプ
４６：燃料取入口
４８：燃料噴射口
５０：噴射器カップ
５２：内部空間
５８、８０：シール
６２：タブ
６６：クリップホルダ
６８：開口部
７０，７０‘：クリッププレート
７２：突起
７６：突き当て面
７６‘：突き当て面
７７：環状表面
７８：ノズルチップシール
９０：燃料リザーバ
９６：オリフィス

Claims (12)

1. 少なくともひとつの燃料レールと、エンジンブロックと、エンジンブロック内に設けられた燃焼室および燃焼室に連通する通路とを備えた直噴内燃エンジンに用いられる燃料噴射器アセンブリにおいて、
   燃料取入口を有する燃料噴射器本体と燃料噴射口を有するノズルチップとを含む燃料噴射器と、
   前記燃料レールに設けられた噴射器カップであって前記燃料レールと流体的に連結する端部開口空間を持ち、寸法が前記燃料噴射器本体の一部を収納するように形成された噴射器カップと、
   前記燃料噴射器のノズルチップを前記エンジンブロック通路内に配置し、前記燃料噴射器本体と前記ノズルチップとを前記エンジンブロックから離隔して前記燃料噴射器を前記噴射器カップに固定する噴射器ホルダアセンブリとを有し、
   前記噴射器ホルダアセンブリは、前記噴射器カップに装着されたクリップホルダと、前記クリップホルダとは異なる部品として構成され前記クリップホルダに取り付けられたクリッププレートとを有し、前記クリッププレートは前記燃料噴射器本体の突き当て面に突き当てられ、燃料噴射器のエンジンブロックへの動きを規制することを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
2. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記噴射器カップは周方向に間隔を持ち外側に突出した少なくとも二つのタブをもち、前記クリップホルダは前記タブを収容する少なくとも二つの開口部をもつことを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
3. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記噴射器カップは周方向に間隔を持ち外側に突出した少なくとも三つのタブをもち、前記クリップホルダは前記タブを収容しかつ整合する少なくとも三つの開口部をもつことを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
4. 請求項２に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記クリッププレートは少なくとも二つの突起を持ち、一つの突起は前記クリップホルダ開口部の前記少なくとも二つの開口部に位置決めされることを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
5. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記噴射器カップは周方向に間隔を持ち外側に突出した少なくとも三つのタブをもち、前記クリップホルダは前記タブを収容しかつ整合する少なくとも三つの開口部をもち、前記クリッププレートは少なくとも三つの突起をもち、前記クリッププレートの一つの突起が前記噴射器カップの一つのタブと共に前記クリップホルダの一つの開口部に収容されることを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
6. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記燃料噴射器のノズルチップ外周に設けられたノズルチップシールをもち、ノズルチップシール外周は前記エンジンブロックに突き当てられることを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
7. 請求項６に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記ノズルチップシールは非金属材料から形成されていることを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
8. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記燃料噴射器本体の突き当て面は燃料噴射器本体から横方向に外側に延び、燃料噴射器のノズルチップから上方方向にテーパ面を形成することを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
9. 請求項８に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
   前記燃料噴射器本体は、前記突き当て面に対向する面にテーパ面を形成することを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
10. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
    前記噴射器カップ開口空間において前記燃料噴射器本体の周囲に設けられたシールを有し、シール外周は前記噴射器カップに接触していることを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
11. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
    前記噴射器カップ開口空間において前記燃料噴射器本体の周囲に設けられた一対のシールを有し、各シール外周は前記噴射器カップに接触しており、前記一対のシールは前記噴射器カップおよび燃料噴射器とともに環状流体室を形成し、前記燃料噴射器本体の燃料取入口が前記環状流体室に開口していることを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。
12. 請求項１に記載された燃料噴射器アセンブリであって、
    前記クリッププレートは前記燃料噴射器本体の外周部に係合する切り欠きを有することを特徴とする燃料噴射器アセンブリ。

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